《增材制造工艺制订与实施》课件-项目四 SLM成形设备

1.SLM成形设备-光学系统《增材制造工艺制订与实施》目录CONTENT光学系统的核心地位01光学系统的核心组成02光学系统的工作流程03光学系统的发展趋势04光学系统的核心地位PARTONE01设备的灵魂？

SLM成形设备硬件简图如图所示，主要由光路系统、粉末管理系统、气氛管理系统和气体净化系统四部分组成。SLM成形设备简图一、光学系统的核心地位能量传递精准定位能量调控一、光学系统的核心地位光学系统的核心组成PARTTWO02核心组成1：激光器光纤激光器结构示意图能量的源头二、光学系统的核心组成核心组成2：扩束镜与准直镜光束的“塑形师”准直镜工作原理示意图二、光学系统的核心组成核心组成3：扫描振镜光束的“方向盘”振镜扫描系统示意图二、光学系统的核心组成核心组成4：聚焦镜能量的“放大器”聚焦系统结构示意图二、光学系统的核心组成光学系统的工作流程PARTTHEREE03计算机进行激光路径计算激光器发射激光扩束镜和准直镜对光束进行处理扫描振镜按照路径调整方向，聚焦镜将光束聚成微小光斑三、光学系统的工作流程光学系统的发展趋势PARTFOUR04多激光、大幅面设备BLT-S1500多激光系统动态聚焦技术在线监测与自适应控制四、光学系统的发展趋势小结SUMMARY激光器01扩束镜和准直镜02扫描振镜03聚焦镜04组成思考题THINKING如果要打印一个带有0.1毫米细小流道的零件，光学系统需要满足哪些特殊要求？2.SLM成形设备–运动成形系统《增材制造工艺制订与实施》目录CONTENT运动成形系统的核心地位01运动成形系统的核心组成02运动成形系统的工作流程03运动成形系统的质量影响04运动成形系统的核心地位PARTONE01SLM运动成形系统SLM设备组成设备的“筋骨”？一、运动成形系统的核心地位粉末层制备成形空间控制动态稳定性分层缺陷实例一、运动成形系统的核心地位运动成形系统的核心组成PARTTWO02运动成形系统概览1.成形室2.Z轴升降系统

3.供粉机构4.铺粉机构二、运动成形系统的核心组成成形室概览1.成形室灯2.立体气网3.吹风钣金4.收粉口5.工作平台6.供粉平台7.刮刀架8.吸粉方管核心指标定位精度平面度承重能力核心组成1：成形缸零件生长的“舞台”二、运动成形系统的核心组成铺粉机构概览1.刮刀托架2.刮刀压板3.刮刀4.刮刀架5.刮刀架支架核心组成2：铺粉机构粉末层的化妆师二、运动成形系统的核心组成核心组成3：辅助运动部件（供粉机构和升降机构）供粉机构示意图Z轴升降机构示意图1.工作平台2.基材二、运动成形系统的核心组成运动成形系统的工作流程PARTTHREE03成型缸复位第一层铺粉激光束按路径熔化粉末成型缸下降，粉缸上升最后一层完成，成型缸上升至初始位置三、运动成形系统的工作流程运动成形系统的质量影响PARTFOUR04构件轮廓缺陷SLM钛合金材料的未熔合缺陷四、运动成形系统的质量影响长条形零件的整体翘曲四、运动成形系统的质量影响组成：成型缸、铺粉机构、升降机构、供粉机构01小结SUMMARY思考题THINKING打印高500毫米的大型零件时，运动成形系统需要克服哪些技术难题？3.SLM成形设备–气氛保护系统《增材制造工艺制订与实施》目录CONTENT气氛保护系统的核心定位01气氛保护系统的核心组成02操作与维护要点03气氛保护系统的核心定位PARTONE01氧元素会与钛、铝等活性金属发生反应生成氧化物（如TiO₂），这不仅会显著增加材料的脆性，还会导致延伸率明显下降。以钛合金为例，当氧含量超过0.2wt%时，材料的疲劳性能就会出现急剧恶化。一、气氛保护系统的核心定位01低氧环境维持02气氛稳定性保障03全流程自动化控制一、气氛保护系统的核心定位气氛保护系统的核心组成PARTTWO02气氛保护系统概览1.气源开关2.氩气减压阀3.工作氩气压力显示4.主清洗进气流量计5.Z轴清洗流量计6.工作进气流量计气体流量范围主要参数表指标参数主清洗进气流量50L/min~55L/minZ轴清洗流量10L/min~15L/min工作进气流量4L/min~5L/min二、气氛保护系统的核心组成核心组成1：惰性气体供给单元气氛保护系统概览1.气源开关2.氩气减压阀3.工作氩气压力显示4.主清洗进气流量计5.Z轴清洗流量计6.工作进气流量计气氛保护系统工作氩气压力显示二、气氛保护系统的核心组成核心组成2：气体控制单元电磁阀PU管路与接头分流阀核心组成3：氧含量检测单元氧传感器核心组成4：控制与执行单元MCS软件和PLC控制器气氛保护系统实物图二、气氛保护系统的核心组成操作与维护要点PARTTHREE03气源管理01定期检查氩气钢瓶压力确保气体纯度；泄漏检测02每周用肥皂水涂抹管路接头和电磁阀接口，若出现气泡则说明泄漏，需立即紧固或更换密封件；三、操作与维护要点传感器校准03每月用标准气校准氧传感器，避免测量偏差；管路清洁04每季度检查PU管是否有弯折、堵塞，内壁是否有粉末堆积。三、操作与维护要点MCS+PLC智能控制01电磁阀、PU管、接头02小结SUMMARY思考题THINKING打印铝合金与打印钛合金时，气氛保护系统的参数设置为何不同？差异主要体现在哪些方面？4.SLM成形设备– 循环净化系统《增材制造工艺制订与实施》目录CO

N

TEN

T循环净化系统的核心定位循环净化系统的核心组成循环净化系统的关键作用操作与维护要点循环净化系统的核心定位P0A1RT

ONE主要污染物：金属烟尘、飞溅物SLM金属粉末SLM粉末的扫描电子显微镜（REM）图像一、运动成形系统的核心地位主要污染物：金属烟尘、飞溅物三大问题成型区域污染气氛稳定性破坏安全隐患核心作用污染物快速清除惰性气氛维持操作安全保障一、运动成形系统的核心地位循环净化系统的核心组成P0A2RT

TWO运动成形系统概览吸风方管收粉桶旋风分离器F9过滤器H13过滤器排气过滤器高压风机循环净化系统主要参数表指标参数保护气体氮气/氩气最低氧含量≤100

ppm清洗时间<10

min工作耗气<0.2L/Min过滤等级F9+H13，过滤粒径>0.3μm实时监测压力传感器、氧含量传感器二、循环净化系统的核心组成核心组成1：收粉装置收粉装置概览收粉桶收粉口二、循环净化系统的核心组成核心组成2：过滤装置过滤装置更换滤芯二、循环净化系统的核心组成核心组成3：高压风机核心组成4：风管运动成形系统概览1.吸风方管7.高压风机二、循环净化系统的核心组成循环净化系统的关键作用THREEP0A3R

T保证零件质量避免烟尘附着在粉末表面形

成“杂质点”维持气氛稳定控制成形室内的氧气浓度实现安全操作防止粉尘外泄，保护操作人员监控三、循环净化系统的关键作用操作与维护要点P0A4RT

FOUR1.定期检查2.滤材更换滤芯更换要点四、操作与维护要点3.粉末处理4.安全防护四、操作与维护要点组成：收粉装置、过滤装置、高压风机、风管01小结S

U

M

M

A

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Y思考题THINKIN

G打印铝合金与钛合金时，循环净化系统的参数（如风量、过滤精度）是否需要调整？为什么？5.SLM成形设备–控制系统《增材制造工艺制订与实施》目录CONTENT控制系统的核心地位01控制系统的核心组成02控制系统的维护要点03控制系统的核心地位PARTONE01设备的大脑？操作交互状态管控安全防护硬件单元软件系统BLT-A100+控制系统概览图1.三色指示灯2.紧急停止按钮3.成形室门4.控制面板5.安全回路复位按钮一、控制系统的核心地位控制系统的核心组成PARTTWO02核心组成1：工控机设备的“中央处理器”核心组成2：电气柜核心功能电力分配信号中转逻辑控制控制系统概览图1.工控机2.电气柜二、控制系统的核心组成核心组成3：控制按钮与接口控制按钮与接口示意图1.紧急停止按钮

2.USB接口3.接地插口4.安全回路复位按钮5.设备主开关6.总电源接口7.预留网络接口控制功能描述紧急停止按钮紧急情况下停止设备运行USB接口接通设备USB接地插口接通设备接地，主要用于辅机安全回路复位按钮启动设备与急停后设备复位设备主开关接通/关闭BLT-A100+设备电源总开关总电源开关接通设备总电源预留网络接口预留接通设备网络二、控制系统的核心组成核心组成4：三色指示灯三色指示灯示意图1.三色指示灯二、控制系统的核心组成核心组成5：控制面板控制面板示意图1.转臂2.控制面板二、控制系统的核心组成核心组成6：成形室门成形室门示意图1.成型室门2.成形室门锁3.可折叠电子锁4.防护玻璃二、控制系统的核心组成核心组成6：成形室门强制联锁激光防护密封性能主要功能二、控制系统的核心组成控制系统的维护要点PARTTHREE03工控机需要每周清理散热孔灰尘，每月备份控制软件配置文件，避免因软件崩溃导致参数丢失；电气柜每季度检查内部接线端子（防止松动），环境湿度＞60%时需开启除湿功能，避免元件受潮；三、控制系统的维护要点控制面板与按钮每天用无尘布擦拭触摸屏，每月检查按钮弹性（若按动卡顿需及时更换）；成形室门每周清洁密封圈，检查激光防护玻璃是否有划痕（若有破损需立即更换，防止激光泄漏）。三、控制系统的维护要点组成：工控机、电气柜、控制按钮与接口、三色指示灯、控制面板、成形室门01小结SUMMARY思考题THINKING在无人化车间中，控制系统需要具备哪些额外功能才能实现全自动生产？6.SLM主机配套设备《增材制造工艺制订与实施》目录CONTENT主机配套设备的核心价值01水冷机02稳压电源03氩气罐04主机配套设备的核心价值PARTONE01一、主机配套设备的核心价值为设备提供恒温、恒压、惰性的工作条件；环境稳定防止因过热、电压异常、气体泄漏引发的设备损坏或安全事故；安全保障通过稳定的辅助条件，确保每一批次零件的成形质量均匀。工艺一致性水冷机PARTTWO02二、水冷机作用用于激光器、振镜降温等温度冷却。激光器正常运行过程中，温度控制在25℃。注意事项必须使用蒸馏水。水冷机稳压电源PARTTHREE03三、稳压电源稳压电源作用为设备和激光器提供稳定电流。能够确保即使在电网电压波动或供电环境不稳定的情况下，也能为设备提供恒定的、无波动的电流，从而保护设备免受损害，提高设备的可靠性和稳定性。三、稳压电源稳压电源注意事项稳压器应放置在N线与PE线之间电压不应超过5V1个16A空气开关；220V稳压器额定容量不低于5KVA；避免阳光直射和潮湿环境，以确保散热效果和防止设备受潮。氩气罐PART

FOUR04四、氩气罐氩气罐作用主要用于为腔体内提供惰性气体环境。四、氩气罐氩气罐注意事项氩气罐操作需由具备资质的专业人员进行（需持有特种设备作业证），非专业人员禁止擅自搬运、连接或拆卸；当罐内压力过高触发自动泄压时（会发出刺耳鸣笛声），切勿惊慌，确保泄压口远离设备和人员，待压力降至安全范围（≤2MPa）后再关闭阀门；直立放置在通风良好、远离火源的区域，避免阳光直射（防止温度升高导致罐内压力上升），且与氧气瓶等易燃易爆气体罐的距离≥5m。小结SUMMARY主机配套设备：水冷机01稳压电源02氩气罐037.SLM配套设备-安全防护设备《增材制造工艺制订与实施》目录CONTENT安全防护的核心意义01个人防护设备02环境防护设备03防爆吸尘器04安全防护原则05“三必须”与“三禁止”安全防护的核心意义PARTONE01一、安全防护的核心意义激光辐射金属粉尘危害气体与火灾风险个人防护设备PARTTWO02二、个人防护设备防护眼镜在去除支撑和粉末处理过程中用于保护操作员的眼睛免受伤害。防护手套在去除支撑和粉末处理过程中用于保护手部不与粉末材料发生直接接触。SLM成形用个人防护装备二、个人防护设备静电防护服通常由耐火和防静电材料制成，以防止火焰和静电火花引发的事故。呼吸器和防尘口罩用于过滤空气中的金属粉尘，保护操作员的呼吸系统。SLM成形用个人防护装备环境防护设备PARTTHREE03三、环境防护设备通风系统车间排气扇车间空气净化设备三、环境防护设备防火设备D型灭火器三、环境防护设备隔离栏和警示标识车间隔离栏警示标识三、环境防护设备烟雾报警器防爆吸尘器PART

FOUR04四、防爆吸尘器主要技术参数吸尘容量：9L或以上；01防护等级：IP64或IP6X；02有相关防爆证书或CE认证。03金属粉末材料清理必须使用防爆吸尘器），用于吸取或清理残余灰尘、粉末等；防爆吸尘器安全防护原则：“三必须”与“三禁止”PART

FIVE05五、安全防护原则：“三必须”与“三禁止”三必须02设备启动前必须检查通风、报警系统是否正常；03清理粉末必须使用防爆吸尘器。01进入车间必须穿戴全套个人防护设备；三禁止02禁止将金属粉末随意丢弃（需密封存放于专用容器）；03禁止未经过培训的人员操作设备或处理粉末。01禁止在设备运行时打开成形室门；小结SUMMARY“安全”永远是效率和质量的前提8.典型SLM设备《增材制造工艺制订与实施》目录CONTENT3Dsystem公司Flex35001铂力特BLT-S800金属3D打印机02湖南华曙高科技有限责任公司FS721M03EOSM400043Dsystem公司Flex350PARTONE013Dsystem公司的DMPFlex350设备成形如图所示，是一款高性能金属增材制造系统，是一款全天候（7天/24小时）使用的工业级金属激光选区熔化3D打印设备，具备高吞吐量与高度可重复性，能制造难度较高的合金材料也能生产高品质的致密部件。一、3Dsystem公司Flex350一、3Dsystem公司Flex350DMPFlex350成形金属零件致密度可以达到近乎100%，可以打印不锈钢、钻铬合金、钴铬钼合金、马氏体钢、钛合金、纯钛、超级合金和铝合金等材料，设备主要参数如表所示。一、3Dsystem公司Flex350系统规格参数激光功率500W光斑直径65μm最大成形体积275x275x420mm表面粗糙度垂直方向（Z）5~10µm重复精度x=20µm,y=20µm,z=20µm典型精度±0.1-0.2%层厚10-100µm默认设置：30和60µm氧含量20ppm铺粉厚度10~100µm最大扫描速度7m/s最大成形效率35cm3/h送粉方式双粉仓供粉刮刀类型软刮刀（硅胶条）一、3Dsystem公司Flex350DMPFlex350独特的真空室概念使得氩气消耗量大大降低，同时显示出最佳的氧气纯度（<25ppm）。其结果是所生成部件的化学纯度异常高。封闭式的真空室设计不仅可以最大限度地提高粉末的重复使用率，而且还可以防止氩气气泡渗透到部件中。当使用该技术生产的部件经过热等静压后，其质量可与锻造部件相媲美。对于需要定期承受高压力的航空航天部件而言，这样的结果是必不可少的。”利用DMPFlex350金属3D打印机上的高重复性生产的具有优化流体流量的液压歧管。一、3Dsystem公司Flex350DMPFlex350配备的3DXpert软件是一款行业最强大的增材制造技术专用软件。3DXpert软件是一款增材制造（AM）技术准备、优化并制造3DCAD模型的一体化集成式软件。从增材制造设计到后处理工作流程的每一步，3DXpert都能提供支持，实现打印数据的快速地准备和优化部件，还实现了流程简化，从而快速有效地将3D模型转化为成功打印的零部件，启用金属增材制造的快速设计以缩短生产时间和提高部件精度，最大程度地缩短优质打印部件的交付时间。铂力特BLT-S800金属3D打印机PARTTWO02二、铂力特BLT-S800金属3D打印机BLT-S800配备十激光器，应用领域包括航空、航天、发动机、医疗、汽车、电子、模具、科研院所，材料支持钛合金、铝合金、高温合金、不锈钢、高强钢、模具钢，成形尺寸为800×800×600mm。具有大尺寸成形能力、多激光拼接和不间断粉末供应能力。多激光拼接即是采用“多点定位法”获取当前的激光位置信息，完成单振镜校正和多振镜拼接，一键式将各振镜旋转偏移值写入数据配置文件，完成校正工作。二、铂力特BLT-S800金属3D打印机铂力特展示了一尺寸为800mm×800mm×400mm的钛合金发动机集成件。该部件结构极其复杂，打印时间175小时，零件和基板的重量达567kg，其中零件为27kg。该产品充分体现了增材制造产品的创新性设计理念及BLT大尺寸复杂多特征部件的加工工艺能力，展现了金属3D打印在航空航天领域的集成化、轻量化创新性设计及工程应用方面的突出优势。湖南华曙高科技有限责任公司FS721MPARTTHREE03三、湖南华曙高科技有限责任公司FS721MFS721M湖南华曙高科技有限责任公司创建于2009年，是工业级3D打印技术的领航企业。开源系统、质量可追溯。华曙高科的所有设备均采用具有自主知识产权的全套3D打印操作系统。成形全过程质量可追，同时用户可自主调节成形参数，灵活选择高性能材料或第三方材料，以达到更佳的打印效果。高效安全、低使用成本。FS721M配备性气体保护下的高效粉末处理系统和循环过滤系统，在提高粉末利用率和生产安全性的同时有效降低使用八激光超高效率。FS721M拥有7